高導熱氮化鋁陶瓷基板是優(yōu)良的電子封裝散熱材料，是組裝大型集成電路所必須高性能陶瓷材料，主要是因為它能有效地散除大型集成電路的熱量。高導氮化鋁陶瓷基板單晶體的熱導率最高可以達到319W/(m·K)。導熱率高，優(yōu)良的電器性能、耐腐蝕性能、高溫絕緣性能是氮化鋁陶瓷基板很重要的電器性能特征。

在電子產品的發(fā)展起到了非常重要的作用。

一，AlN氮化鋁陶瓷基板的導熱機理

在氮化鋁一系列重要的性質中，最為顯著的是較高的熱導率。關于氮化鋁的導熱機理，國內外已做了大量研究，并已形成了較為完善的理論體系。主要機理為：通過點陣或晶格振動，即借助晶格波或熱波進行熱傳遞。量子力學的研究結果表明，晶格波可以作為一種粒子?聲子的運動來處理。熱波同樣具有波粒二象性。載熱聲子通過結構基元(原子、離子或分子)間進行相互制約、相互協(xié)調的振動來實現(xiàn)熱的傳遞。其熱導率主要由晶體缺陷和聲子自身對聲子散射控制。

AlN氮化鋁陶瓷基板的熱導率理論上可達320W/(m·K)，但是由AlN缺陷，導致產生鋁空位而散射聲子，使得實際產品的熱導率不到200W/(m·K)。AlN主要靠聲子傳熱，在熱傳輸過程中，晶體中的缺陷、晶界、氣孔、電子以及聲子本身都會產生聲子散射，從而影響AlN基板的熱導率。

二，高導熱氮化鋁陶瓷基板的燒結工藝

高導熱氮化鋁基片的燒結工藝重點包括燒結方式、燒結助劑的添加、燒結氣氛的控制等。

1、添加燒結助劑

對于陶瓷致密燒結，添加助燒劑無疑是最為經(jīng)濟、有效的方法。AlN陶瓷可選用的燒結助劑有CaO、Li2O、B2O3、Y2O3、CaF2、CaC2以及CeO2等。這些材料在燒結過程發(fā)揮著雙重作用，首先與表面的Al2O3結合生成液相鋁酸鹽，在粘性流動作用下，加速傳質，晶粒周圍被液相填充，原有的粉料相互接觸角度得以調整，填實或者排出部分氣孔，促進燒結。同時助燒劑可與氧反應，降低晶格氧含量。

2、燒結方式

目前AlN基片較常用的燒結工藝一般有5種，即熱壓燒結、無壓燒結、放電等離子燒結(SPS)、微波燒結和自蔓延燒結。

（1）熱壓燒結

熱壓燒結是在加熱粉體的同時進行加壓，利用通電產生的焦耳熱和加壓造成的塑性變形來促進燒結過程的進行。相對于無壓燒結來說，熱壓燒結的燒結溫度要低得多，而且燒結體致密，氣孔率低，但其加熱、冷卻所需時間較長，且只能制備形狀不太復雜的樣品。熱壓燒結是目前制備高熱導率致密化AlN陶瓷的主要工藝。

（2）無壓燒結

由于AlN具有很強的共價性，故其在常壓燒結時需要的燒結溫度很高。在常壓燒結條件下，添加了Y203的AlN粉能產生液相燒結的溫度為1600℃以上，且燒結溫度要受AlN粒度、添加劑種類及添加劑的含量等因素的影響。常壓燒結的燒結溫度一般為1600～2000℃，保溫時間為2h。

（3）放電等離子燒結(SPS)

放電等離子燒結是20世紀90年代發(fā)展并成熟的一種燒結技術，它利用脈沖大電流直接施加于模具和樣品上，產生體加熱使被燒結樣品快速升溫；同時，脈沖電流引起顆粒間的放電效應，可凈化顆粒表面，實現(xiàn)快速燒結，有效地抑制顆粒長大。使用SPS技術能夠在較低溫度下進行燒結，且升溫速度快，燒結時間短。

（4）微波燒結

微波燒結是利用特殊頻段的電磁波與介質的相互耦合產生介電損耗，使坯體整體加熱的燒結方法。微波同時提高了粉末顆?；钚?，加速物質的傳遞。微波燒結也是一種快速燒結法，同樣可保證樣品安全衛(wèi)生無污染。雖然機理與放電等離子體燒結有所不同，但是兩者都能實現(xiàn)整體加熱，才能極大地縮短燒結周期，所得陶瓷晶體細小均勻。

（5）自蔓延燒結

在超高壓氮氣下利用自蔓延高溫合成反應直接制備AlN陶瓷致密材料。這種工藝不需要外加能源，合成迅速，而且可以制造形狀復雜的AlN陶瓷部件，缺點是高溫燃燒反應下原料中的Al易熔融而阻礙氮氣向毛坯內部滲透，影響了反應轉化率，難以得到致密度高的AlN陶瓷。

3 、燒結氣氛

在AlN陶瓷的燒結工藝中，燒結氣氛的選擇也十分關鍵的。一般的AlN陶瓷燒結氣氛有3種：還原型氣氛、弱還原型氣氛和中性氣氛。還原性氣氛一般為CO，弱還原性氣氛一般為H2，中性氣氛一般為N2。在還原氣氛中，AlN陶瓷的燒結時間及保溫時間不宜過長，燒結溫度不宜過高，以免AlN被還原。在中性氣氛中不會出現(xiàn)上述情況。所以一般選擇在氮氣中燒結，這樣可以獲得性能更好的AlN陶瓷。

     隨著電子材料和電子技術的發(fā)展，國家也非常重視高導熱材料的研發(fā)和應用，目前在很多科研機構和高校在做研發(fā)和試驗,還沒有像氧化鋁陶瓷基板那樣大范圍的應用到企業(yè)終端產品上面。綜上所述，可以得知氮化鋁陶瓷基板的燒結工藝相對較難，成本也是比較高的。金瑞欣是專業(yè)的氧化鋁和氮化鋁陶瓷基板廠家，歡迎咨詢。